Additive Fertigung in der Luft- und Raumfahrt

Die Fertigung ist eine Herausforderung in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Luft- und Raumfahrtteile sind nicht nur außerordentlich komplex, sondern müssen auch strukturell solide sein und die höchsten Qualitätssicherungsstandards fast aller Branchen erfüllen.

Um Kosten zu senken und traditionelle Fertigungsherausforderungen zu überwinden, wenden sich viele Luft- und Raumfahrtunternehmen von konventionellen Fertigungsverfahren der additiven Fertigung zu, um die komplexen Teile, die sie benötigen, effizient herzustellen.

Ohne Frage verändert die additive Fertigung die Luft- und Raumfahrtindustrie. Es wird erwartet, dass die additive Fertigung auf dem Luft- und Raumfahrtmarkt mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 22,17 % wachsen und bis 2026 6,75 Milliarden US-Dollar erreichen wird.

Konventionelle Fertigung vs. Additive Fertigung in der Luft- und Raumfahrtindustrie

Die additive Fertigung ist ein Prozess, bei dem Material Schicht für Schicht zur Struktur eines dreidimensionalen Objekts hinzugefügt wird, basierend auf gedruckten CAD-Daten (einem digitalen 3D-Modell). Es wird auch allgemein als 3D-Druck bezeichnet.

Dies unterscheidet sich von herkömmlichen Herstellungsverfahren, die auch als subtraktive Fertigung bekannt sind. Bei der konventionellen Herstellung wird das Material zum Aushärten in eine Form gegeben. Wenn das Material trocknet oder abkühlt, wird es aus der Form genommen und überschüssiges Material wird entfernt, um das Endprodukt zu bilden – daher der Begriff subtraktiv.

Beim konventionellen Herstellungsprozess finden die folgenden Schritte statt:

• Design for Manufacturing (DFM), um sicherzustellen, dass das Teil hergestellt werden kann
• Vibrationsanalyse
• Iterieren
• Herstellung
• Test
• Iterieren

Bei der additiven Fertigung gibt es weniger Fertigungsschritte und der Prozess läuft wie folgt ab:

• Design
• Vorverarbeitung, um sicherzustellen, dass das Design gedruckt werden kann
• Iterieren
• Herstellung

Der 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt basierend auf CATIA-Modellen revolutioniert die Luft- und Raumfahrtindustrie, indem er die Art und Weise verändert, wie Teile hergestellt werden.

Hier sind sechs Möglichkeiten, wie die additive Fertigung in Luft- und Raumfahrtanwendungen eingesetzt wird.

1. Bauen Sie Teile mit komplexen Geometrien

Von Hubschrauberteilen bis zu Turbinentriebwerken erfordern Luft- und Raumfahrtkomponenten hochkomplexe geometrische Strukturen auf teilweise sehr engem Raum.

Anstatt kleine, komplizierte Teile separat zu erstellen und sie später zu einem Ganzen zusammenzufügen, kann ein Konstrukteur 3D-Modelle der gesamten Struktur erstellen, indem er CAD-Daten druckt – Innenkomponenten und alles. Dann kann der 3D-Drucker ein nahtloses Teil erstellen, das alle komplizierten Innenabmessungen und komplexen Geometrien enthält, ohne dass eine Montage erforderlich ist. Ein solches Verfahren kann sogar für die additive Fertigung von Strahltriebwerken für Flugzeuge verwendet werden.

Mithilfe der additiven Fertigung ist es möglich, komplizierte Teile mit weniger Vorlaufzeit und Energie aus einer Vielzahl von Materialien, einschließlich Metall und Kohlefaser, herzustellen.

2. Effizienteres Prototyping

Ohne Formen entwerfen und die Produktion auslagern zu müssen, können Luft- und Raumfahrtingenieure Prototypen in einem Bruchteil der Zeit entwerfen und drucken, die mit herkömmlichen Herstellungsmethoden erforderlich wäre. Mit der Möglichkeit, Prototypen schneller zu erstellen und zu testen, können Luft- und Raumfahrtunternehmen ihre Markteinführungszeit verkürzen und der Konkurrenz einen Schritt voraus sein.

In der Luft- und Raumfahrt ist es sehr wichtig, dass ein Teil gemäß den Spezifikationen hergestellt wird. Bei der konventionellen Fertigung ist der Spezifikationsprozess bereits eingerichtet. Der Spezifikationsprozess wurde jedoch nicht mit der additiven Fertigung eingerichtet, sodass die Sicherstellung, dass ein hergestelltes Teil gemäß den Spezifikationen hergestellt wurde, nicht so eindeutig ist.

Einige aktuelle Herausforderungen der additiven Fertigung in der Luft- und Raumfahrt sind die folgenden:

• Erfüllung von Fertigungsstandards durch die Erstellung konsistenter Teile – jedes Teil muss mit dem zuvor produzierten Teil identisch sein.
• Drucken in größerem Maßstab, da 3D-Druck eine neuere Technologie ist.
• Für Zulieferer in der Luft- und Raumfahrtindustrie, um Tests zu bestehen und Compliance-Standards zu erfüllen - da diese Prozesse nicht für additiv gefertigte Teile eingerichtet sind.

3. Kostengünstige Produktion

Die additive Fertigung kann nicht nur die Zeit für die Erstellung von Prototypen verkürzen, sondern auch die Kosten senken.

Bei der konventionellen Fertigung kann der Materialabfall bei vielen Luft- und Raumfahrtanwendungen bis zu 98 % betragen. Nach der Subtraktion können viele Metallspäne zurückbleiben, und die Herstellung der richtigen Form kann ein langwieriger Prozess sein.

Da das Material bei der additiven Fertigung hinzugefügt und nicht entfernt wird, kann es den Materialabfall drastisch reduzieren und den Herstellern helfen, Geld bei den Produktionskosten zu sparen. Mit der Einrichtung additiver Fertigungsverfahren sind Initialkosten verbunden. Die langfristigen Kosteneinsparungen überwiegen jedoch diese Vorabkosten.

4. Erhöhen Sie die innere Festigkeit der Teile

Jedes Mal, wenn kleinere Teile zu einem größeren Objekt kombiniert werden, verringert dies die strukturelle Integrität des Ganzen. Mit der additiven Fertigung können Konstrukteure ganze Teile, einschließlich Hohlkerne und Innenkomponenten, ohne schwache, anfällige Verbindungen herstellen.

Darüber hinaus kann die additive Fertigung in der Luft- und Raumfahrtindustrie Verbundwerkstoffe sehr gut nutzen. Dies ist ein Bereich, in dem die additive Fertigung einen deutlichen Vorteil gegenüber der konventionellen Fertigung hat.

Wenn Sie bei der additiven Fertigung Ihre Scheibe oder Schichten in die Richtung legen, in die die Kraft eintreten wird, ermöglicht dies, dass Ihr endgültiges Teil in dieser Richtung außergewöhnlich stark ist.

5. Leichte Komponenten erstellen

Kraftstoff ist einer der höchsten Kosten in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Der beste Weg, den Kraftstoffverbrauch zu senken, besteht darin, leichtere Teile herzustellen. Leider ist es bei der konventionellen Fertigung fast unmöglich, leichtere Teile herzustellen, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen.

Additive Fertigung von Flugzeugteilen ohne die Notwendigkeit, Komponenten wie Bolzen und Schrauben zu verbinden, additive Fertigungsverfahren können das Rahmengewicht um 25 % reduzieren und gleichzeitig die strukturelle Integrität erhöhen. Die additive Fertigung reduziert nicht nur den Treibstoffverbrauch, sondern erhöht auch die Gesamtfestigkeit des Flugzeugs.

6. Verringern Sie den Speicherbedarf

Die Luft- und Raumfahrtindustrie hat eine der notorisch langen Lieferketten aller Branchen. Um Teile verfügbar zu haben, lagern viele Luft- und Raumfahrtunternehmen große Mengen an Komponenten in Lagern – ein weiteres Kosten- und Logistikproblem.

Da der additive Fertigungsprozess schnell und effizient ist, können Luft- und Raumfahrthersteller Komponenten – einschließlich kundenspezifischer Teile – in einem Bruchteil der Zeit und der Kosten intern herstellen, als wenn sie sie über die Standardlieferkette bestellen müssten. Dies reduziert die Notwendigkeit, Teile vorrätig zu haben oder umfangreiche Lagereinrichtungen zu unterhalten.

Die Zukunft der additiven Fertigung in der Luft- und Raumfahrt

Mit der Möglichkeit, schnell und effizient kundenspezifische, leichte und strukturell einwandfreie Teile herzustellen, ist es kein Wunder, dass viele Unternehmen sich der additiven Fertigung für Luft- und Raumfahrtanwendungen zuwenden.

Wenn es um die Zukunft der additiven Fertigung in der Luft- und Raumfahrt geht, spielen CAD-Modelle eine zentrale Rolle. Angesichts der verfügbaren Beispiele für additive Fertigung in der Luft- und Raumfahrt und der Forschungsaussichten ist es offensichtlich, dass CAD-Modelle derzeit verwendet werden und für Luft- und Raumfahrtunternehmen wertvoll sind.

Da immer mehr Luft- und Raumfahrtunternehmen von konventionellen zu additiven Fertigungsverfahren wechseln, wird es langfristig einen größeren Fokus darauf geben, CAD-Modelle drucken zu können.

Mit über 35 Jahren Erfahrung in der 3D-Modellierung in einer Reihe von Branchen, einschließlich der additiven Fertigung in der Raumfahrtindustrie, hat Spatial überlegene Vorverarbeitungs-CAD-Daten erstellt und verfügt über die Werkzeuge zur Entwicklung von Vorverarbeitungssoftware für den präzisen, geometrisch genauen 3D-Druck von Luft- und Raumfahrt-CATIA Modelle.

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